<!DOCTYPE html><html lang="en" data-theme="light"><head><meta charset="UTF-8"><meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge"><meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0, maximum-scale=1.0"><title>HTTP/1.1、HTTP/2、HTTP/3 演变 | 戴涛的宝藏</title><meta name="author" content="戴涛"><meta name="copyright" content="戴涛"><meta name="format-detection" content="telephone=no"><meta name="theme-color" content="#ffffff"><meta name="description" content="HTTP&#x2F;1.1 相比 HTTP&#x2F;1.0 提高了什么性能？ HTTP&#x2F;1.1 使用了长连接，减少频繁创建 TCP 链接的开销 HTTP&#x2F;1.1 使用了管道传输，减少浏览器发送数据的阻塞，同时改成了流式传输  但 HTTP&#x2F;1.1 还是有性能瓶颈：  请求 &#x2F; 响应头部（Header）未经压缩就发送，首部信息越多延迟越大。只能压缩 Body">
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<li>HTTP&#x2F;1.1 使用了长连接，减少频繁创建 TCP 链接的开销</li>
<li>HTTP&#x2F;1.1 使用了管道传输，减少浏览器发送数据的阻塞，同时改成了流式传输</li>
</ul>
<p>但 HTTP&#x2F;1.1 还是有性能瓶颈：</p>
<ul>
<li>请求 &#x2F; 响应头部（Header）未经压缩就发送，首部信息越多延迟越大。只能压缩 <code>Body</code> 的部分；</li>
<li>发送冗长的首部。每次互相发送相同的首部造成的浪费较多；</li>
<li>服务器是按请求的顺序响应的，如果服务器响应慢，会招致客户端一直请求不到数据，也就是队头阻塞；</li>
<li>没有请求优先级控制；</li>
<li>请求只能从客户端开始，服务器只能被动响应。</li>
</ul>
<h3 id="HTTP-x2F-2-做了什么优化？"><a href="#HTTP-x2F-2-做了什么优化？" class="headerlink" title="HTTP&#x2F;2 做了什么优化？"></a>HTTP&#x2F;2 做了什么优化？</h3><ul>
<li>HTTP&#x2F;2 协议是基于 HTTPS 的，所以 HTTP&#x2F;2 的安全性也是有保障的。</li>
<li>那 HTTP&#x2F;2 相比 HTTP&#x2F;1.1 性能上的改进：<ul>
<li>头部压缩</li>
<li>二进制格式</li>
<li>并发传输</li>
<li>服务器主动推送资源</li>
</ul>
</li>
</ul>
<h4 id="头部压缩"><a href="#头部压缩" class="headerlink" title="头部压缩"></a>头部压缩</h4><p>HTTP&#x2F;2 会<strong>压缩头</strong>（Header）如果你同时发出多个请求，他们的头是一样的或是相似的，那么，协议会帮你<strong>消除重复的部分</strong>。</p>
<p>这就是所谓的 <code>HPACK</code> 算法：在客户端和服务器同时维护一张头信息表，所有字段都会存入这个表，生成一个索引号，以后就不发送同样字段了，只发送索引号，这样就<strong>提高速度</strong>了。</p>
<h4 id="二进制格式"><a href="#二进制格式" class="headerlink" title="二进制格式"></a>二进制格式</h4><p>HTTP&#x2F;2 不再像 HTTP&#x2F;1.1 里的纯文本形式的报文，而是全面采用了<strong>二进制格式</strong>，头信息和数据体都是二进制，并且统称为帧（frame）：<strong>头信息帧（Headers Frame）和数据帧（Data Frame）</strong>。这样虽然对人不友好，但是对计算机非常友好，因为计算机只懂二进制，那么收到报文后，无需再将明文的报文转成二进制，而是直接解析二进制报文，这<strong>增加了数据传输的效率</strong>。</p>
<h4 id="并发传输"><a href="#并发传输" class="headerlink" title="并发传输"></a>并发传输</h4><p>我们都知道 HTTP&#x2F;1.1 的实现是基于请求-响应模型的。同一个连接中，HTTP 完成一个事务（请求与响应），才能处理下一个事务，也就是说在发出请求等待响应的过程中，是没办法做其他事情的，如果响应迟迟不来，那么后续的请求是无法发送的，也造成了<strong>队头阻塞</strong>的问题。</p>
<p>而 HTTP&#x2F;2 就很牛逼了，引出了 Stream 概念，多个 Stream 复用在一条 TCP 连接。</p>
<p><img src="https://cdn.xiaolincoding.com/gh/xiaolincoder/ImageHost4@main/%E7%BD%91%E7%BB%9C/http2/stream.png" alt="img"></p>
<p>从上图可以看到，1 个 TCP 连接包含多个 Stream，Stream 里可以包含 1 个或多个 Message，Message 对应 HTTP&#x2F;1 中的请求或响应，由 HTTP 头部和包体构成。Message 里包含一条或者多个 Frame，Frame 是 HTTP&#x2F;2 最小单位，以二进制压缩格式存放 HTTP&#x2F;1 中的内容（头部和包体）。</p>
<p><strong>针对不同的 HTTP 请求用独一无二的 Stream ID 来区分，接收端可以通过 Stream ID 有序组装成 HTTP 消息，不同 Stream 的帧是可以乱序发送的，因此可以并发不同的 Stream ，也就是 HTTP&#x2F;2 可以并行交错地发送请求和响应</strong>。</p>
<h4 id="服务器推送"><a href="#服务器推送" class="headerlink" title="服务器推送"></a>服务器推送</h4><p>HTTP&#x2F;2 还在一定程度上改善了传统的「请求 - 应答」工作模式，服务端不再是被动地响应，可以<strong>主动</strong>向客户端发送消息。</p>
<p>客户端和服务器<strong>双方都可以建立 Stream</strong>， Stream ID 也是有区别的，客户端建立的 Stream 必须是奇数号，而服务器建立的 Stream 必须是偶数号。</p>
<p>实际应用：</p>
<p>再比如，客户端通过 HTTP&#x2F;1.1 请求从服务器那获取到了 HTML 文件，而 HTML 可能还需要依赖 CSS 来渲染页面，这时客户端还要再发起获取 CSS 文件的请求，需要两次消息往返，如下图左边部分：</p>
<p><img src="https://cdn.xiaolincoding.com/gh/xiaolincoder/ImageHost4@main/%E7%BD%91%E7%BB%9C/http2/push.png" alt="img"></p>
<h3 id="HTTP-x2F-2-的缺陷"><a href="#HTTP-x2F-2-的缺陷" class="headerlink" title="HTTP&#x2F;2 的缺陷"></a>HTTP&#x2F;2 的缺陷</h3><p>HTTP&#x2F;2 通过 Stream 的并发能力，解决了 HTTP&#x2F;1 队头阻塞的问题，看似很完美了，但是 HTTP&#x2F;2 还是存在“队头阻塞”的问题，只不过问题不是在 HTTP 这一层面，而是在 TCP 这一层。</p>
<p><strong>HTTP&#x2F;2 是基于 TCP 协议来传输数据的，TCP 是字节流协议，TCP 层必须保证收到的字节数据是完整且连续的，这样内核才会将缓冲区里的数据返回给 HTTP 应用，那么当「前 1 个字节数据」没有到达时，后收到的字节数据只能存放在内核缓冲区里，只有等到这 1 个字节数据到达时，HTTP&#x2F;2 应用层才能从内核中拿到数据，这就是 HTTP&#x2F;2 队头阻塞问题。</strong></p>
<h3 id="HTTP-x2F-3-做了哪些优化"><a href="#HTTP-x2F-3-做了哪些优化" class="headerlink" title="HTTP&#x2F;3 做了哪些优化"></a>HTTP&#x2F;3 做了哪些优化</h3><p>前面我们知道了 HTTP&#x2F;1.1 和 HTTP&#x2F;2 都有队头阻塞的问题：</p>
<ul>
<li>HTTP&#x2F;1.1 中的管道（ pipeline）虽然解决了请求的队头阻塞，但是<strong>没有解决响应的队头阻塞</strong>，因为服务端需要按顺序响应收到的请求，如果服务端处理某个请求消耗的时间比较长，那么只能等响应完这个请求后， 才能处理下一个请求，这属于 HTTP 层队头阻塞。</li>
<li>HTTP&#x2F;2 虽然通过多个请求复用一个 TCP 连接解决了 HTTP 的队头阻塞 ，但是<strong>一旦发生丢包，就会阻塞住所有的 HTTP 请求</strong>，这属于 TCP 层队头阻塞。</li>
</ul>
<p>HTTP&#x2F;2 队头阻塞的问题是因为 TCP，所以 <strong>HTTP&#x2F;3 把 HTTP 下层的 TCP 协议改成了 UDP！</strong></p>
<p>UDP 发送是不管顺序，也不管丢包的，所以不会出现像 HTTP&#x2F;2 队头阻塞的问题。大家都知道 UDP 是不可靠传输的，但基于 UDP 的 <strong>QUIC 协议</strong> 可以实现类似 TCP 的可靠性传输。</p>
<p>QUIC 有以下 3 个特点。</p>
<ul>
<li>无队头阻塞</li>
<li>更快的连接建立</li>
<li>连接迁移</li>
</ul>
<h4 id="无队头阻塞"><a href="#无队头阻塞" class="headerlink" title="无队头阻塞"></a>无队头阻塞</h4><p>QUIC 协议也有类似 HTTP&#x2F;2 Stream 与多路复用的概念，也是可以在同一条连接上并发传输多个 Stream，Stream 可以认为就是一条 HTTP 请求。</p>
<p>QUIC 有自己的一套机制可以保证传输的可靠性的。<strong>当某个流发生丢包时，只会阻塞这个流，其他流不会受到影响，因此不存在队头阻塞问题</strong>。这与 HTTP&#x2F;2 不同，HTTP&#x2F;2 只要某个流中的数据包丢失了，其他流也会因此受影响。</p>
<p>所以，QUIC 连接上的多个 Stream 之间并没有依赖，都是独立的，某个流发生丢包了，只会影响该流，其他流不受影响。</p>
<h4 id="更快的链接建立"><a href="#更快的链接建立" class="headerlink" title="更快的链接建立"></a>更快的链接建立</h4><p>对于 HTTP&#x2F;1 和 HTTP&#x2F;2 协议，TCP 和 TLS 是分层的，分别属于内核实现的传输层、openssl 库实现的表示层，因此它们难以合并在一起，需要分批次来握手，先 TCP 握手，再 TLS 握手。</p>
<p>HTTP&#x2F;3 在传输数据前虽然需要 QUIC 协议握手，但是这个握手过程只需要 1 RTT，握手的目的是为确认双方的「连接 ID」，连接迁移就是基于连接 ID 实现的。</p>
<p>但是 HTTP&#x2F;3 的 QUIC 协议并不是与 TLS 分层，而是 QUIC 内部包含了 TLS，它在自己的帧会携带 TLS 里的“记录”，再加上 QUIC 使用的是 TLS&#x2F;1.3，因此仅需 1 个 RTT 就可以「同时」完成建立连接与密钥协商。</p>
<h4 id="连接潜移"><a href="#连接潜移" class="headerlink" title="连接潜移"></a>连接潜移</h4><p>基于 TCP 传输协议的 HTTP 协议，由于是通过四元组（源 IP、源端口、目的 IP、目的端口）确定一条 TCP 连接。</p>
<p><img src="https://cdn.xiaolincoding.com//mysql/other/format,png-20230309231026577.png" alt="TCP 四元组"></p>
<p>那么<strong>当移动设备的网络从 4G 切换到 WIFI 时，意味着 IP 地址变化了，那么就必须要断开连接，然后重新建立连接</strong>。而建立连接的过程包含 TCP 三次握手和 TLS 四次握手的时延，以及 TCP 慢启动的减速过程，给用户的感觉就是网络突然卡顿了一下，因此连接的迁移成本是很高的。</p>
<p>而 QUIC 协议没有用四元组的方式来“绑定”连接，而是通过<strong>连接 ID</strong> 来标记通信的两个端点，客户端和服务器可以各自选择一组 ID 来标记自己，因此即使移动设备的网络变化后，导致 IP 地址变化了，只要仍保有上下文信息（比如连接 ID、TLS 密钥等），就可以“无缝”地复用原连接，消除重连的成本，没有丝毫卡顿感，达到了<strong>连接迁移</strong>的功能。</p>
<p>所以， QUIC 是一个在 UDP 之上的<strong>伪</strong> TCP + TLS + HTTP&#x2F;2 的多路复用的协议。</p>
</article><div class="post-copyright"><div class="post-copyright__author"><span class="post-copyright-meta">Author: </span><span class="post-copyright-info"><a href="https://declan1.gitee.io">戴涛</a></span></div><div class="post-copyright__type"><span class="post-copyright-meta">Link: </span><span class="post-copyright-info"><a href="https://declan1.gitee.io/2023/03/28/HTTP-1-1%E3%80%81HTTP-2%E3%80%81HTTP-3-%E6%BC%94%E5%8F%98/">https://declan1.gitee.io/2023/03/28/HTTP-1-1%E3%80%81HTTP-2%E3%80%81HTTP-3-%E6%BC%94%E5%8F%98/</a></span></div><div class="post-copyright__notice"><span class="post-copyright-meta">Copyright Notice: </span><span class="post-copyright-info">All articles in this blog are licensed under <a target="_blank" rel="noopener" href="https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/">CC BY-NC-SA 4.0</a> unless stating additionally.</span></div></div><div class="tag_share"><div class="post-meta__tag-list"><a class="post-meta__tags" 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  function initValine () {
    const valine = new Valine(Object.assign({
      el: '#vcomment',
      appId: 'cEUNK0k7aOSrnE93yOEHT9io-gzGzoHsz',
      appKey: '3oME0qpmzHlf1QmZiMY9i8rs',
      avatar: 'declan',
      serverURLs: '',
      emojiMaps: "",
      path: window.location.pathname,
      visitor: false
    }, null))
  }

  if (typeof Valine === 'function') initValine() 
  else getScript('https://cdn.jsdelivr.net/npm/valine/dist/Valine.min.js').then(initValine)
}

if ('Valine' === 'Valine' || !false) {
  if (false) btf.loadComment(document.getElementById('vcomment'),loadValine)
  else setTimeout(loadValine, 0)
} else {
  function loadOtherComment () {
    loadValine()
  }
}</script></div><script async data-pjax src="//busuanzi.ibruce.info/busuanzi/2.3/busuanzi.pure.mini.js"></script></div></body></html>